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淺析電子元器件的失效分析技術

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2022-03-18 00:36:24 22

進入21世紀后，電子信息技術成為最重要的技術，電子元器件則是電子信息技術發展的前提。為了促進電子信息技術的進一步發展，就要提高電子元器件的可靠性，所以就必須了解電子元器件失效的機理、模式以及分析技術等。

??1.失效的含義

??失效是指電子元器件出現的故障。各種電子系統或者電子電路的重要組成部分一般是不同類型的元器件，當它需要的元器件較多時，則標志其設備的復雜程度就較高；反之，則低。一般還會把電路故障定義為：電路系統規定功能的喪失。

??2.失效的分類

??根據不同的標準，對失效的分類一般主要有以下幾種歸類法。
??以失效原因為標準：主要分為本質失效、誤用失效、偶然失效、自然失效等。
??以失效程度為標準：主要分為部分失效、完全失效。
??以失效模式為標準：主要分為無功能、短路、開路等。
??以失效后果的嚴重程度為標準：主要分為輕度失效、嚴重失效以及致命失效。
??除上述外，還有多種分類標準，如以失效場合、失效外部表現為標準等，不在這里一一贅述。

??3.失效的機理

??電子元器件失效的機理也有不同分類，通常以其導致原因作為分類依據，主要可分為下面幾種失效機理。

??①表層劣化：元器件鈉離子遭污染然后造成溝道出現漏電、γ輻射有損、表面蠕變或擊穿等；

②設計問題造成的劣化：指單子元器件的電路、版圖以及結構等方面出現的設計問題；

③內部劣化：是指由CMOS 閉鎖效應、二次擊穿、重金屬玷污、中子輻射損傷以及材料問題所引發的瞬間功率過載、結構性能退化等；

④使用不當引起的損壞：指電浪涌損傷、靜電損傷、過高溫度造成的破壞、干擾信號導致的故障等；

⑤金屬化系統劣化：是指電子元器件內的鋁電遷移、鋁腐蝕、鋁缺口等；

⑥封裝劣化：是指管腿出現腐蝕、漏氣或殼內有外來物導致短路或漏電等。

??4.失效分析的常用方法

??電子元器件失效分析的技術有很多，但常用的主要有下列幾種，具體介紹如下。

??4.1拔出插入法。拔出插入法是指通過對組件板或者插件板拔出又插入的過程進行監視，以此為根據，判斷拔出插入的連接界面是否就是故障發生的地方。值得注意的是，采用拔出插入法進行失效分析時，在組件板或者插件板拔出又插入的過程當中，會存在特殊狀況，即狀態發生改變的地方有時不僅是連接接口，還有可能是其他部位。所以在應用拔出插入法時，要注意觀察每個部位及微妙的變化，才能做出正確的判斷。

??4.2感官辨別法。通過眼觀部件外形、手觸感知部件溫度與軟硬程度、鼻嗅味道、耳聽聲音，判斷是否存在異常的方式即為感官辨別法。感官辨別法操作簡便、省錢，只是能夠辨別的內容會受感官能力的制約。

??4.3電源拉偏法。電源拉偏法是指把正常的電源與電壓拉偏，使其處于非正常狀態，然后暴露出薄弱環節或故障，進而可以反映出故障或瀕臨故障的組件、元器件部位。這種方法一般用在由于工作時間較長導致的故障或初步判斷是電網波動引發故障的情況。值得提醒的是，電源拉偏法具有一定的破壞性，使用這種方法前一定要檢查保險系數或其他因素，切記勿隨便使用。

??4.4換上備件法。通過對被取下值得懷疑的元器件或部件的監視，然后把合格的備件換上之后，再對出現的故障現象進行對比分析，如看其故障現象有無消失，最后確定故障源點是否處于被取下的部件中，這種方法即為換上備件法。

??以上介紹的是電子元器件失效分析應用頻率較高的幾種方法，除此之外，還有靜態、動態測量法；升高、降低溫度法；敲捏定位法等。

??5.失效分析的思路

??要做到有效地對電子元器件進行失效分析，必須形成清晰的思路。一般對電子元器件進行失效分析主要按這樣的思路進行逐步分析：

??①確定是否為失效；

??②明確失效分析的最終目的；

??③從失效現象入手，羅列失效位置的所有疑點；

??④擬定除疑點的方案；對失效位置逐級分析；

??⑤設想并列舉所有可能引起失效部位現象的原因；

??⑥用實驗檢驗設想；

??⑦提出預防失效的方案并對之進行評審；

??⑧用事實檢驗預防失效的方案是否有效；

??⑨真正實施預防失效的方案[4]。

??6.失效分析的原則

??對電子元器件失效分析要遵循相關的原則，常用的一些原則具體如下。

??6.1先主要后次要的原則。一般是通過故障影響功能的程度判斷主要次要。在明確了主要次要問題后，先解決主要問題再解決次要問題。
??6.2先方案后操作的原則。在進行失效分析時，分析人員必須先冷靜，在腦里想出解決方案再進行操作，切勿盲目操作，再引起其他更大的元器件失效。
??6.3先一般后特殊的原則。先對經常出現失效的位置進行檢查，再檢查較少出現失效的位置。
??6.4先弱電后強電的原則。一般面對發生故障的整機或者出現失效的樣品，在對其進行性能檢測或者判斷故障部位時，輸入信號、電源功率等要視具體情形從弱到強。值得提醒的是，在從弱到強的的整個變化中，必須密切觀察并把不正常的現象記錄好。此外還要預防功率過滿引起突然開機、關機，造成電力沖擊，最終擾亂失效狀態，再增加失效分析的困難[5]。
??此外，還有先簡單后復雜、先安檢后通電、先宏觀后微觀、先外設后主機、先靜態后動態、先斷電后換件、先公用后專用等原則。

??7.小結

??通過對電子元器件失效分析技術的相關研究，可以了解到電子元器件發生失效的原因、失效模式、失效機理及一些分析常用的分析方法等。電子元器件是電子整機產品的源頭，為了讓電子設備或電子系統可以正常可靠地運行，就必須保證電子元器件的可靠性，因此掌握電子元器件失效分析的技術就變得十分必要。

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